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塑料钛白粉各区领域发生的物理化学变化有什么

钛白粉出产工艺之偏钛酸的漂白及漂洗
偏钛酸的漂白及漂洗
偏钛酸漂白的原理:
   经水洗的偏钛酸中的铁杂质是以三价铁离子水解生成的极为细微的固体氢氧化铁的方法存在 的。漂白就是先将固体氢氧化铁转化为可溶性的硫酸盐,然后用化学生动性强的金属或金属离子将 其康复为贱价的硫酸盐,究竟经过水洗进一步除掉。发生的化学反应是氢氧化铁很多转化为硫酸铁, 硫酸高铁在康复剂的效果下被康复成硫酸亚铁。
2Fe(OH)3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+6H2O 
 
偏钛酸漂白的方法:
 
Fe2(SO4)3+Zn=ZnSO4
Fe3++Ti3+=Fe2++Ti4+
偏钛酸漂白的方法按漂白时运用的不同的康复剂可分为以下两种:
(1)锌漂 用锌粉作康复剂的漂白方法叫锌漂。康复反应如下:
2Fe3++Zn0=2Fe2++Zn2+
(2)三价钛漂 用三价钛离子作康复剂的漂白方法叫三价钛漂。康复反应如下:
Fe3++Ti3+=Fe2++Ti4+ 三价钛漂白和锌漂比较,前者具有硫酸用量少、康复剂用量少、操作温度低、漂白时间短,无残留物污染等长处,所以三价钛漂白是现在最佳的漂白方法。
偏钛酸漂洗:
偏钛酸漂白后的漂洗与前章所述水洗进程相同,一般选用真空叶滤机或转鼓真空过滤机。为了避免物料重新被污染,洗刷用水需经净化处理,至少应经过砂滤以除掉固体杂质,如能用电渗析水 或去离子水,效果更好。因为物料自身含铁量较低,水洗时间比第一次水洗短,一般不逾越 10 小时。 水洗后,物料含铁量应低于 0.003%(以 TiO2 计)。
锌漂漂白简略使氧化锌混入制品,氧化锌是一种很强的金红石型化促进剂,但也有副效果。某些不允许含氧化锌的产品就不宜用锌漂,其他,锌漂进程为液固反应,康复剂进入偏钛酸颗粒内部 需求较长时间,效果较差,故已逐步为三价钛盐漂白所替代。
 

 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
硫酸法钛白出产中,偏钛酸是经过高温煅烧改动为二氧化钛的。煅烧进程首要是除掉偏钛酸中
  的水份和三氧化硫,一起使二氧化钛改动成所需求的晶型,并出现出钛白的根本颜料功用。 偏钛酸煅烧是一个强烈的吸热进程,工业上都选用回转窑煅烧。煅烧工序是由偏钛酸运送、二
  氧化钛冷却及运送、窑后排风收尘和燃料供给体系所组成。 经过盐处理的偏钛酸料浆,送至煅烧工序的储槽内,然后用积压泵(或软管泵)打入内燃式回转窑内进行煅烧。若出产电焊条、冶金、搪瓷、电容器等级其他钛白粉,水解大都选用常压法,其所得的偏钛酸颗粒较粗,为节约燃料起见,可用离心机甩干后,用固体运送设备直接送至煅烧工序, 再用斗式提升机将偏钛酸块料参与窑内进行煅烧。迥转窑由变速电动机传动,可根据浆料、温度等工艺条件的要求进行调速。窑内选用逆流加热,从窑尾端参与的偏钛酸,跟着回转窑的旋转,被带 到必定高度后,因为自身的翻滚而不断的升起和落下。因为窑体有 2%-4%的倾斜度,物料每升起 再落下一次,便向窑头方向行进必定的间隔,偏钛酸就是凭借重力效果,向窑前移动;燃料及助燃 空气由较低的窑头端入窑,经燃烧发生的高温气体自窑头向窑尾流动,与偏钛酸浆料成了逆流运转。 偏钛酸就是这样从窑尾送到窑头,一起在温度逐步升高的进程中完成脱水、脱硫、晶型转化和粒子成长等一系列物理化学改动,而构成必定晶型的钛白粉产品。钛白粉经窑头下料口落入冷却转鼓进 行冷却,然后经过斗式提升机送至储粉斗,备损坏之用。
  燃烧生成的很多废气从窑尾排出,其间除燃烧产品,水汽、三氧化硫外,带有部分二氧化钛粉 尘(俗称窑灰)。为了前进回收率,需将废气送入收尘体系以回收二氧化钛粉尘。工业上选用重力收 尘(如沉降室),湿法收尘(喷淋设备),离心收尘(旋风分离器)及电收尘(静电收尘器)等,分 离粉尘后的尾气含有必定量的三氧化硫,经三氧化硫吸收设备下降到符合排放标准后排空。
  如选用煤气及天然气等气体燃料,可直接经过必定标准的喷嘴进入窑内燃烧,如用柴油等液体 燃料,尚需附有燃油储罐、喷油、雾化等设备。燃烧所需的氧气来自空气,用鼓风机将空气送至窑头助燃。
  A、 偏钛酸燃烧的物理化学改动 偏钛酸燃烧时,除脱水脱硫外,最首要的是晶型转化及粒子成长两个进程;具有颜料功用的钛
  白粉有锐钛型及金红石型两种晶型。 燃烧窑的区域区分:燃烧窑按偏钛酸在各部位发生的不同改动,可区分为单调区、晶型转化区和粒子成长区三个区域。窑内的温度根据窑的大小、物料离热源中心的远近和热电偶所放测温点的方位离热源点的远近都有联系,各厂不一样,一般温度规模如表 6-2:
各区域中发生的物理化学改动:
  (1)单调区 在单调区域中,偏钛酸发生脱水和脱硫的改动。这种改动可用下式标明: TiO2.xH2O.ySO3=TiO2+xH2O+ySO3
  脱水:偏钛酸所含的水有两种方法:一种是湿存水,即附着在颗粒表面及夹藏在颗粒空地里的 水。这部分水与 TiO2 的结合不健壮,在 100-200℃之间便蒸发掉。另一种是化合水,即结合在偏钛 酸分子内部的水,这部分水与二氧化钛的结合比较健壮,要在 200-300℃之间才干脱掉。
  脱硫:水解生成的偏钛酸浆猜中,含有的硫酸大部分是游离酸,经过水洗即可除掉。可是占偏 钛酸总量 7%-8%的硫酸,以 SO2 的方法与偏钛酸结合得很健壮。因为偏钛酸构成的条件和夹藏的杂 质不同,它所含的硫酸要在 500-800℃间,才干分解成 SO2 和 SO3 气体而脱去。
  (2)晶体转化区 一般硫酸法制得的偏钛酸悉数是锐钛型晶体。经较低温度的煅烧后,得到的悉数是锐钛型钛白粉。这种锐钛型一般在 900℃以下是稳定的,当温度逾越 950℃时,就开端向金红石型晶型转化。纯洁的锐钛型晶型有必要在 1200℃以上的高温,才干完全转化为金红石型晶型。在这样的高温下煅烧, TiO2 易烧结,为此,有必要参与各种金红石型转化促进剂,是其晶型转化的温度下降到 800-860℃之间, 使崐其成长的锐钛型晶体顺畅地完全地向金红石型晶体转化。
  (3)粒子成长区
  细微晶体聚结成颜料粒子需求获得必定的能量。煅烧温度越高, 粒子成长的速度便越快。在 600℃以下,粒子成长的速度非常慢,逾越 600℃时,粒子成长速度开端加快, 温度抵达 900℃时,能够发现粒子成长的速度有极大的增加。假如煅烧温度升高到 1000℃时,则聚结成的粒子的直径将 抵达 1μm。 而作为颜料钛白粉最适合的粒径是 0.2-0.3μm,即粒径应是可见光波波长的一半。如 果粒径小于可见光波的半波长,则颜料粒子将成为透明;若粒径大于可见光波的半波长,则将使白 色颜料出现红相。为此,应根据不同的条件,将这个区域的温度控制在 860-950℃之间,使长大的 晶体聚结成颜料粒子。
  B、煅烧时二氧化钛与杂质间的反应 高温煅烧时,二氧化钛会和许多杂质元素反应生成钛酸盐或构成固溶体。
  (1)二氧化钛与钾盐的反应 在出产涂料钛白时,往往增加碳酸钾一类的钾盐进行盐处理。碳酸钾与偏钛酸中的硫酸反应即
  生成硫酸钾,在煅烧进程中,硫酸钾与二氧化钛能在高温下反应生成钛酸钾。这种钛酸钾遇水会发 生水解反应而生成氢氧化钾。正是因为氢氧化钾这种碱性物质的出现,使钛白粉的水浸 pH 值抵达中 性或弱碱性,煅烧终点也正是利用这种改动来控制。其一体系反应的化学方程式如下:
  K2CO3+H2SO4=K2SO4+H2O+CO2
  2K2SO4+2TiO2=2K2TiO3+2SO2+O2
  2K2TiO3+2H2O=H2TiO3+2KOH
  纯洁的 TiO2 是中性的。水浸液 pH 值偏酸性或偏碱性都会影响涂料的稳定性,使涂料在调制时不固化。有材料报导,水浸液 pH 值呈酸性时,抵消色力与底相有下降与变坏的倾向,为此有必要避免出 现偏酸现象,在盐处理时恰当多加一些碳酸钾可使其水浸液出现偏碱现象。
  (2)二氧化钛与一氧化碳的反应
  当燃料在窑中燃烧不完全时,会发生恢复物质 CO。在高温下,CO 能把 TiO2 恢复成 Ti2O3。而 Ti2O3 的 出现会使钛白粉的色泽带灰相,并导致 TiO2 晶格上的缺点,影响到钛白粉的颜料功用。其反应的化学方程式如下:
  2TiO2+CO=Ti2O3+CO2
  一般燃料燃烧都有这种现象,窑尾的粉料呈灰色就是这个道理。有时因为窑内通风不畅,煅烧 废气不能及时排出,也会构成燃料的不完全燃烧而发生 CO。其他偏钛酸中若含有恢复性的三价钛较 多,在窑内得不到足够的氧气氧化,也简略生成 Ti2O3 而使钛白粉出现灰相。
  为了避免 CO 和三价钛等恢复性物质的不良影响,就得确保燃料在窑内燃烧完全,而且有必定的 氧化气氛,这就需求精确地控制燃料与助燃空气的比例。一般将燃料(煤气)与助燃空气的比例在 1:3.2-1:3.3,用柴油或重油作燃料时,空气的过剩系数控制在 1.2,即过剩空气为 20%。在窑头加 大进风量,加强窑内通风,坚持窑内有满意的氧化气氛,能够避免恢复物质发生,或使原有恢复物 质得以氧化,使钛以最高价态存在,这样的钛白粉才是白色的。可是加大风量会下降窑温,这样又要加大油量,构成油耗增高。不增加油量而加大鼓风量,肯定会下降窑头温度,这样做虽然能够提 高产品白度,可是消色力会下降,吸油量会升高。这种敌对就要各厂根据各自的出产条件和质量要求而权衡利弊,采纳相应的措施。
  C、煅烧条件对颜料功用的影响 偏钛酸煅烧时,要求晶型改动尽可能完全而单纯,如锐钛型钛白应不应有金红石晶型;金红石型钛白不应有锐钛晶型。产品应有优异的颜料功用,如较高的着色力和遮盖力,较低的吸油量以及优 良的白度和易损坏性。
  (1)煅烧强度的影响 偏钛酸煅烧时,从窑头处下料口落下的煅烧品质量很大程度上取决于回转窑中抵达的煅烧强度。
  因此,工业上出产钛白时,有必要根据各种等第的要求来制订详细煅烧条件。 煅烧温度:窑内所发生的悉数变坏有必要有必定的煅烧温度。温度越高,则各种改动的反应速度
  越快,反应也进行得越完全。对煅烧窑来说,最重要的温度体现在窑头和窑尾两部位的温度。整个 窑体内的温度分布抉择于窑头、窑尾温度的凹凸。
  窑头温度一般称为高温带温度,它抉择着二氧化钛晶型的转化和颜料粒子的成长,是影响钛白 粉颜料功用的重要因素。一般来说,窑头温度越高,二氧化钛的晶型转化及粒子成长就越快、越完全。可是窑头温度过高,简略使物料烧结,使煅烧品颗粒变硬,色泽变黄变灰。在 810℃左右,消色力随温度的上升而前进,但升到必定的温度后,消色力会急剧下降,一般控制在 850-950℃之间。 窑尾温度直接影响到单调区内的各种改动,也是一种窑内通风情况好坏的标志。窑尾温度高,
  通风好,煅烧后的废气易排出。但通风量过大,被废气带走的热量和钛白粉粉尘增多,构成必定的 丢失。一起水分过早脱尽,进入高温区脱水、脱硫不完全,致使出现煅烧品夹藏生料的现象。一般控制在 150-300℃之间。
  煅烧时间:煅烧时间与煅烧温度也是互相相关的。产品要抵达必定的煅烧强度,温度较低时, 有必要相应延伸时间,煅烧时间长短是由物料在转窑内停留时间抉择的。二氧化钛颜料粒子是在煅烧后构成的,在这一阶段中,物料的停留时间对二氧化钛的晶型转化、粒子的大小和形状有抉择性的 影响。工业出产中,希望煅烧构成的粒子外形圆滑规整,因此,晶型构成和晶粒长大都不能太快,这包括从无定形的偏钛酸环绕着锐钛型微晶体(水解时参与的晶种)成长成锐钛晶型,以及再转化金红石晶型,都需求有满意的时间使晶格摆放整齐并逐步长大。从理论上讲,希望煅烧时不发生聚 集和烧结,使初级粒子按晶学规矩长大到所要求的颜料粒子大小(0.2μm)。但实践上因为煅烧时不 可避免的过烧现象以及初级粒子间的互相聚会,煅烧品大都是聚集体。因此,煅烧有必要有满意长的时间,温度相应下降,烧结及聚结现象也可相应减少。一个直径 3.6 米、长 48 米、倾斜度 1/30 的 转窑,最高温度为 800-900℃时,物料停留时间为 10-12 小时。假如煅烧时间过短,温度相应升高, 往往构成硬度很高的角质粒子,吸油量反而升高。但物料停留时间过长则影响产量,故是没有必要的。
  (2)转窑尺度及结构的影响
  煅烧二氧化钛的转窑宜短而粗,工业上的转窑内径从 1.0-4.2 米不等,根据直径大小,长度与直径比一般为 12:1-20:1。直径小的,比例大一些;直径大的,比例小一些。直径为 2.4-4.2 米 的窑,其长度大都为 48 米左右,直径小于 2.4 米窑的长度也相应短一些。一般来说,产量与直径成 正比。直径大时物料充填系数相应低一些,对质量有优点。因为偏钛酸脱水约耗用热量的一半以上,细而长的窑为使脱水带有满意的热量,窑头温度有必要相应前进,或加大气量。温度前进简略构成过 烧,加大气量使物料的线速度增大,构成阻力增加,粉尘丢失也增加,这对煅烧是倒霉的。因为窑的截面积与直径的平方成正比,因此跟着直径增大,截面积增加得很快。以上这些问题在大直径转 窑中虽然相同存在,但相应要好得多。
  转窑有没有一个单独的燃烧室,对质量有很大影响,因为火焰温度可高达 1300℃左右,如火焰 与物料触摸,燃烧气与物料间温差很大,在烧成带物料自身温度很高,就不可避免要发生烧结。一般认为燃烧气与物料最高温度间的温差应不逾越 200℃,因此安装一个燃烧室使燃料充分燃烧后用 空气稀释至必定温度后再输入窑体与物料触摸,对前进产量质量是有优点的。一个 48 米长的转窑,
  燃烧室约 6 米左右,所得的煅烧物象米粒大小,色泽皎白而且比较柔软。
  (3)窑内气氛的影响 当窑内出现恢复性气氛,如一氧化碳气体后,二氧化钛将被恢复成三氧化钛,影响钛白粉的质量。为了避免发生一氧化碳恢复物质,就得确保燃料在窑内完全燃烧。这里应该精确控制燃料与助燃剂空气的比例。一般将燃料(煤气)与助燃空气的比例控制在 1:3.2,有时因为窑内通风不畅, 煅烧废气不能及时排出,也会构成燃料的不完全燃烧,此时,应加强窑内通风,以避免发生恢复物 质。
  (4)投料量 投料量的多少是由多少窑的几何尺度来抉择的。对于必定的窑,假如投料量过多,窑内的料层过厚,则物料在窑内的各种改动进行得不完全,煅烧品会夹藏生料。假如投料过少,窑内的料层就过薄,简略使物料发生烧结,使煅烧品颗粒变硬,色泽变黄、变灰,而且下降班产量,增加能耗。 一般可将窑的填充系数控制在 10%、20%之间,在出产中,则往往是根据煅烧品的质量情况及 窑的操作情况,经过实践计量的方法来控制投料量的。当然投料量还按钛白品种的不同而不同。出产非涂料钛白时投料量能够比出产涂料钛白时的投料量增加一倍以上。
  (5)偏钛酸的含水量及颗粒度 偏钛酸含水量的凹凸抉择了物料在单调区中脱水脱硫的完全程度。含水量过高时,因为脱水脱硫不完全、物料就以团状或大颗粒情况进入高温区。而高温区停留的时间是很短的,因此,煅烧品中常常夹藏生料。含水量过低时,物料在单调区脱水脱硫非常充分,物料以粉末情况进入高温区, 这种粉末状的物料在高温下简略发生烧结,使煅烧品颗粒变硬,色泽变黄变灰。涂料钛白出产时,偏钛酸含水量控制在 65%左右。非涂料钛白出产时,偏钛酸的含水量控制在 50%左右。
  偏钛酸颗粒度是出产非涂料钛白时影响脱硫的重要因素。颗粒度较小,则脱硫简略且完全,物 料不会向窑外冲流,得到的煅烧品色泽较白。颗粒度大,则脱硫比较困难,因为含硫高的钛白在高温下具有很强的流动性,物料简略向窑外冲流。偏钛酸的颗粒是钛液水解进程中构成的。因此有必要 按品种的不同要求,严厉控制水解工艺条件,制得颗粒度适合的偏钛酸。
  6. 3. 11 二氧化钛的损坏 颜料用二氧化钛最重要的效果在于它被松散在介质中和涂在表面上(用作涂料)时的不透明性,这是二氧化钛首要的光学功用。与不透明性在不同程度上互相相关的重要光学功用是亮度、白度、色相、着色力和遮盖力。二氧化钛的不透明性很大程度上取决于两种首要的特性,即折射率和颗粒 特性,颗粒特性包括粒度、粒度分布和颗粒形状。其他,二氧化钛在各种介质和设备中的松散才能也是很重要的因素。因为,在大多数情况下颜料的光学功用能否充分显现出来,还取决于二氧化钛 的松散性怎么,而松散性往往又和颗粒特性及表面性质密切相关。
  颜料钛白对颗粒分布有很严厉的要求。因此煅烧物需经过损坏进程出产出符合这种要求的钛白 粉。工业上损坏钛白粉的方法可分为湿式损坏和干法损坏两类。湿式损坏如湿法球磨及砂磨,均在水的介质中进行;干法损坏有雷蒙磨、锤磨、离心磨、流能磨(气流损坏)等。损坏也可不用单一 的研磨设备,而是由二种或二种以上研磨设备组合运用,如将煅烧物先经环辊研磨后再气流损坏, 也有用同一种设备进行屡次研磨,如二次气流损坏。损坏工艺流程的选择首要取决于钛白品种的需求,出产非颜料型产品(如焊条、冶金、搪瓷、电容器级钛白)时,不强调单个颗粒的粒度,只要求 320 目筛余物不逾越 0.5%,煅烧物经过一次干式机械损坏(如离心磨、雷蒙磨或球磨)即可符合要求。按钛白工业开展进程看,大致走的是一条湿磨向干磨开展的路途,以前出产用有机体系涂料的钛白时大都用湿磨,出产用作水溶性涂料的钛白时用干磨,而目前越来越多的工厂选用干磨, 干磨出产效率高,适应性强。

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